Defektide abil paremate päikesepatareide poole

Praegu on teatud tüüpi päikesepatareides kasutusel läbipaistev oksiidikile, mis on kantud klaasile ja juhib elektrit. Lisaks on veel teine plaatinast kiht, mis toimib keemiliste reaktsioonide katalüsaatorina.

Mõlemal kilel on omad puudused. Oksiidikihti ei saa kanda painduvatele materjalidele: see toimib oluliselt paremini jäikadel ja kuumuskindlatel materjalidel, näiteks klaasil. See tõstab hinda ja paneb toote omadustele piirid. Plaatinakilede valmistamine nõuab aga kallist tehnikat, kirjutas fyysika.ee Physorgi vahendusel.

Jessika Trancik Santa Fe instituudist, Scott Calabrese Michigani Bartoni riiklikust ülikoolist ja James Hone Columbia ülikoolist otsustasid kasutada süsiniku nanotorusid, et luua üks kiht, mis suudaks täita nii oksiidi kui plaatina ülesandeid. Kilelt nõuti kolme omadust: läbipaistvust, elektrijuhtivust ja katalüütilist efekti.

Tavalised süsinikunaotorud on kõikides omadustes keskpärased. Loomulikuna tunduvad viisid ühte omadust parandada toovad ohvriks teised. Näiteks kui teha kile paksemaks, toimib see küll paremini katalüsaatorina, kuid läbipaistvus väheneb.

Varasemad teooriad on välja pakkunud, et materjalid võivad toimida katalüsaatorina paremini, kui neis on väikesed defektid, andes niimoodi keemilistele ühenditele kohti kinnitumiseks. Sellest lähtudes töötlesid uurijad nanotorusid osooniga, mis muudab nad veidi karedaks. Väga õhukesed kiled muutusid selle tagajärjel kuni kümme korda paremateks katalüsaatoriteks.

Jõudmaks kompromissile läbipaistvuse ja juhtivuse vahel, tehti torude alumise kihiga järgnev trikk: loodi pikemad nanotorud. See parandas nii läbipaistvust kui elektrijuhtivust.

Süsinik nanotorusid saab kasutada ka kütuseelementides ja -patareides.

"See uurimus on näide materjalide nanostruktuuri kasutamisest - muutes näiteks defektide sagedust ja torude pikkust väga väikeses ulatuses, on võimalik saavutada kompromiss erinevate omaduste vahel ning saavutada ette antud materjali tulemuslikum kasutamine," ütleb Trancik. "Odavate materjalide kasutamine keerulistes seadmetes on oluline süsiniku emissiooni vähendamiseks ning energia hinna alandamiseks."

Uurijad avaldasid oma tulemused hiljuti teadusajakirjas Nano Letters ning üritavad praegu oma avastusele patenti saada.